毕业设计孙伟铭外文翻译译文中文.docx

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1、一种针对网络控制系统故障检测的自适应卡尔曼滤波器的设计K.Chabir*+,D.Sauter+,M.KoniBenGayed*andM.NaceurAbdelkrim*摘要网络控制系统（NCS）是控制和估计领域的一个研究热点。网络控制系统相对于传统控制系统有许多优点。这篇文章研究了一类带有传输时延的线性网络控制系统（NCS）的故障检测问题。我们的目标是产生残差信号，而在无故障情况下，残留信号应该为零。但在实际中，由于各种各样的因素例如测量噪声，模型不确定性，干扰，还有NCS的诱导时延和数据报丢失等问题，上述这种情况不能满足。在这篇文章里，提出了一种针对鲁棒故障诊断

2、的新方法。这种方法以一种自适应卡尔曼滤波器的使用为基础，滤波器用来最小化网络的效应。Ⅰ.简介网络控制系统（NCS）是一种反馈控制系统，在这个系统里，控制和反馈信号以信息包的形式通过网络在系统的各个部分相交换。典型NCS的功能是通过控制回路的四个基本元素来建立的：传感器收集信息，控制器提供决策和命令，执行器执行控制命令，信息网络负责信息交换。与传统的点对点控制系统相比较，NCS的优点是更少的布线，更低的安装费用，还有诊断和维护方面更大的灵活性。由于这些显著的优势，网络控制系统在许多领域得到了典型的应用，例如汽车，移动机器人和先进飞行器等。然而，控制回路中通信网络的引

3、入使得NCS的分析和综合变得复杂[1]-[3]。处理NCS时几种网络诱导的效应随之产生，例如时延，数据包丢失和传播限制等。由于这类系统固有的复杂性，NCS的控制问题已经引起很多研究人员的大量关注去考虑网络诱导效应。这些限制在控制和快速过程的诊断方面是很重要的，对于它们来说，网络的这些特征不能再被忽视。由于网络诱导效应，传统的点对点系统的理论必须重新评估[4]-[7]。关于NCS的控制问题，尽管有大量的重要的成果，但是NCS的故障诊断和容错控制的研究才刚刚开始。然而网络给NCS带来各种优点的同时，也使得系统的分析和设计变得异常复杂。由于网络的带宽有限且为系统中各节点

4、所共享，当传感器、控制器和执行器通过网络交换数据时，数据多路径传输、数据碰撞与丢包、网络拥塞、网络连接中断等现象不可避免，从被控系统的传感器到控制器、控制器到执行机构之间的信息传输不可避免地产生时间滞后(简称网络时滞)，而在大多数情况下，网络本身的众多不确定因素使网络时滞往往是随机、时变的。再者，在网络环境下，传感器采样速率也可不尽相同，使得多速率数据采样系统更为普遍。不确定随机网络时滞、数据丢包、数据错乱、多速率数据采样等现象的存在使NCS的建模、分析和设计非常复杂，直接应用传统的控制理论解决NCS问题可能不再有效，这对于NCS问题的研究既提出了挑战也带来了机遇

5、。由于网络控制系统空间分布越来越广，结构越来越复杂，因此对控制系统的性能要求也越来越高。NCS一旦发生故障，就可能造成人员和财产的巨大损失，甚至引发灾难性事故的发生。因此，为了提高NCS的稳定性、可靠性和安全性，关于NCS故障检测问题的研究就显得十分重要。目前，NCS的研究主要集中在系统数学模型的建立、稳定性分析以及网络传输性能分析等方面，对系统发生故障情况下的检测与诊断的研究成果相对较少，因此本课题的研究具有积极和重要的意义。这篇文章是如下这样组织的：第二部分，我们提出了网络控制系统的控制和诊断方面的问题。第三部分，提出这篇论文的主要结论，这与针对残差信号的产生

6、设计的一种自适应卡尔曼滤波器有关。第四部分，我们举出了一系列例子来验证提出方法的有效性。Ⅱ.问题陈述在网络控制系统中，诱导时延有时能成为控制性能不稳定和恶化的根源[8]-[13]。研究以上系统的动机就是设计一个故障检测模型，用来减少诱导时延的影响。当通过网络来控制一个系统时，我们不得不考虑传感器到控制器的时延和控制器到执行器的时延，如图1所示。注意到这些时延一般不能看成是固定的和已知的。网络诱导时延由于网络信息流通量，介质访问协议和硬件的不同可能各种各样。在NCS中，多个网络节点共享网络信道。由于网络带宽有限且网络中的数据流量变化不规则，当多个节点通过网络交换数据

7、时，常常出现数据碰撞、多路径传输、连接中断、网络拥塞等现象。因而不可避免地出现信息交换时间延迟，这种由网络引起的时延称为网络诱导时延(Network-inducedDelay)。网络诱导时延是随机的、恒定的、有界的、还是不确定的，取决于通信网络的类型和采用的通信协议。时延会降低系统的性能，使系统的稳定范围变窄，甚至使系统失稳。时延是NCS的分析和设计中不可忽略的重要因素。假定网络中的时延小于一个采样周期，。图1带网络诱导时延的反馈控制系统让我们假定被控对象模型是一个线性时不变（LTI）连续时间过程：（1）其中，是状态向量，是输出可观测向量，是控制输入向量，是故障向

8、量，是干扰